基于宽带雷达相位测距的目标微动参数估计方法技术

本发明专利技术属于雷达技术领域，公开了一种基于宽带雷达相位测距的目标微动参数估计方法，包括：确定雷达视线与旋转对称目标的对称轴之间的夹角的余弦表达式；确定所述雷达频域回波信号中所有散射中心在雷达视线上的观测距离矩阵X＝R+A+W；对X‑A进行奇异值分解，得到雷达视角矩阵的2×M维欧式重构矩阵CE；2×M维的欧式重构矩阵CE与2×M维雷达真实视角矩阵C存在关系C＝O

【技术实现步骤摘要】
基于宽带雷达相位测距的目标微动参数估计方法
本专利技术属于雷达
，尤其涉及一种基于宽带雷达相位测距的目标微动参数估计方法，适用于空间目标尤其是弹道中段目标的探测和识别。
技术介绍
近年来，雷达目标的微动特征研究成为热门研究方向。微动参数是弹头和诱饵识别的重要特征。因为具有高分辨的特点，目前宽带雷达逐步成为弹道导弹目标识别中的一个重要角色。尽管通过窄带雷达观测也可获得目标的微多普勒谱，并可从中估计出某些微动参数，但是其精度较低而且对目标形状的先验信息也较高，因此采用宽带雷达对弹头和诱饵目标识别是弹道导弹防御系统的发展趋势。利用宽带雷达获得的目标上多个散射中心的径向距离历程可以反演出目标的形状参数和重要的微动参数，这就要求高精度的距离测量值。采用通常的包络延时测距法时，在信噪比一定的情况下只有进一步增加雷达发射信号的带宽才能提高测距精度。但当带宽达到一定值后，继续增加发射带宽可能大幅增加雷达的建造成本，同时还会引起雷达某些其它方面性能的恶化。
技术实现思路
针对上述现有技术的问题，本专利技术的目的在于提供一种基于宽带雷达相位测距的目标微动参数估计方法，能够在不增加发射信号带宽的条件下显著改善测距性能，并且能够解决现有技术中需要目标形状的先验信息才能估计目标微动参数的问题。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案予以实现。一种基于宽带雷达相位测距的目标微动参数估计方法，所述方法包括如下步骤：步骤1，获取处于进动运动状态的旋转对称目标，分别建立以旋转对称目标的进动轴为Z轴的三维空间进动坐标系和以旋转对称目标的对称轴为z轴的二维直角坐标系；确定雷达视线与旋转对称目标的对称轴之间的夹角的余弦表达式；步骤2，获取雷达频域回波信号，确定所述雷达频域回波信号中所有散射中心在雷达视线上的观测距离矩阵X，其中，X＝R+A+W，R为散射中心的实际径向距离矩阵，A为散射中心本身属相的初相经测距后引起的偏置矩阵，W为测量噪声矩阵；且X、R、A、W分别为N×M维的矩阵，N为确定的雷达频域回波信号中散射中心的总个数，M为观测时间内接收到的雷达频域回波信号的总次数；步骤3，对N×M维矩阵X-A进行奇异值分解，得到雷达视角矩阵的2×M维仿射重构矩阵CA，进而将所述2×M维仿射重构矩阵CA变换到欧式空间，得到雷达视角矩阵的2×M维欧式重构矩阵CE；设2×M维的雷达真实视角矩阵为C，则所述2×M维的欧式重构矩阵CE与2×M维雷达真实视角矩阵C存在关系C＝OTCE；其中，O为2×2维的未知旋转矩阵，且2×M维的雷达真实视角矩阵tm表示接收到第m次雷达频域回波信号的时间，且tm＝mTr，m＝1，…M，Tr为雷达脉冲重复周期；步骤4，构造目标函数其中，o2为未知旋转矩阵O的第二行元素，为2×M维欧式重构矩阵CE的第m列元素，且h(tm)为雷达视线与旋转对称目标的对称轴之间的夹角的余弦表达式，求解如下优化表达式：从而得到待估计的目标微动参数wp、θ和γ，γ为雷达视线与旋转对称目标的进动轴之间的夹角，θ为旋转对称目标的进动角，wp为旋转对称目标的进动频率，为旋转对称目标的对称轴在三维空间进动坐标系中的初相；表示求使得(·)最小时的ωP，φ0，θ，γ的值，∑表示求和符号，||||2表示模值的平方，F(ωP，φ0，θ，γ|o2，A；m)表示给定参数o2，A，m时关于ωp，φ0，θ，γ的函数表达式。本专利技术技术方案的特点和进一步的改进为：(1)步骤1中，确定接收到第m次雷达频域回波信号时雷达视线与旋转对称目标的对称轴之间的夹角β(tm)的余弦表达式h(tm)为：其中，tm表示接收到第m次雷达频域回波信号的时间，且tm＝mTr，m＝1，…M，M为观测时间内接收到的雷达频域回波信号的总次数，Tr为雷达脉冲重复周期；γ为雷达视线与旋转对称目标的进动轴之间的夹角，θ为旋转对称目标的进动角，wp为旋转对称目标的进动频率，为旋转对称目标的对称轴在三维空间进动坐标系中的初相，wp、θ、γ分别为待估计的目标微动参数。(2)步骤2具体包括如下子步骤：(2a)确定所述雷达频域回波信号的功率谱，获取所述功率谱中的峰值索引集合；所述雷达频域回波信号包含M次频域回波信号；(2b)从所述峰值索引集合中确定N个散射中心，以及每个散射中心对应的所述功率谱中的峰值索引；令n的初值为1，m的初值为1，n表示第n个散射中心，m表示第m次雷达频域回波信号；(2c)计算第n个散射中心在第m次雷达频域回波信号处的第一相位θnm，其中，n＝1，…N，m＝1，…M；M为观测时间内接收到的雷达频域回波信号的总次数；(2d)计算第n个散射中心在第m次雷达频域回波信号处的径向距离并根据所述计算第n个散射中心在第m次雷达频域回波信号处的第二相位从而根据所述第一相位和所述第二相位，得到第n个散射中心在第m次雷达频域回波信号处的修正后的相位(2e)根据所述第n个散射中心在第m次雷达频域回波信号处的修正后的相位计算得到对应的第n个散射中心在第m次雷达频域回波信号处的修正后的距离(2f)令m的值加1，并重复执行子步骤(2b)至(2d)，分别得到第n个散射中心在M次雷达频域回波信号处对应的修正后的距离；(2g)令n的值加1，m的值置为1，并重复执行子步骤(2b)至(2e)，分别得到N个散射中心在M次雷达频域回波信号处对应的修正后的距离；(2h)将所述N个散射中心在M次雷达频域回波信号处对应的修正后的距离记为矩阵其中，R为散射中心的实际径向距离矩阵，A为散射中心本身属相的初相经测距后引起的偏置矩阵，rnm为第n个散射中心在第m次雷达频域回波信号处的实际径向距离，an为第n个散射中心本身属性的初相经测距后引起的偏置距离，且an∈[0～λ]，λ为雷达信号波长，为与对应的第n个散射中心在第m次雷达频域回波信号处的修正后的距离；(2i)确定雷达频域回波信号中所有散射中心在雷达视线上的观测距离矩阵X＝R+A+W。(3)子步骤(2a)具体包括如下子步骤：(2a1)设第m次雷达频域回波信号为L维均匀采样序列y＝[y0，y1，…，yL-1]T，其中，m＝1，…M，M为观测时间内接收到的雷达频域回波信号的总次数；并定义M×K维导向矢量矩阵A＝[a(w0)，a(w1)，...，a(wK-1)]，其中，频率wk处的导向矢量wk＝2πk/K，k＝0，…，K-1，其中，K＝L×F，K为2π被均匀划分的总份数，F为超分辨倍数，并且K＞M，则L维均匀采样序列表示为：y＝As+e，其中，雷达频域回波信号的幅度s＝[s0，s1，...，sk，...sK-1]T，sk表示雷达频域回波信号在频率wk处对应的幅度，e＝[e1，…，eL]表示噪声，上标T表示转置；(2a2)计算每一个频率处的功率k＝0，...K-1；得到对角元素为的K×K维初始功率矩阵(2a3)计算加权矩阵且加权矩阵Q为M×M维矩阵；(2a4)更新雷达频域回波信号在频率wk处对应的信号(2a5)根据所述更新后的雷达频域回波信号在频率wk处对应的信号更新雷达频域回波信号在频率wk处的信号功率得到更新后的对角元素为的K×K维功率矩阵(2a6)预设迭代次数，重复执行子步骤(2a3)至(2a5)达到所述预设迭代次数，得到最后一次迭代后的对角元素为的K×K维功率矩阵作为雷达频域回波信号的功率谱；(2a7本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于宽带雷达相位测距的目标微动参数估计方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1，获取处于进动运动状态的旋转对称目标，分别建立以旋转对称目标的进动轴为Z轴的三维空间进动坐标系和以旋转对称目标的对称轴为z轴的二维直角坐标系；确定雷达视线与旋转对称目标的对称轴之间的夹角的余弦表达式；步骤2，获取雷达频域回波信号，确定所述雷达频域回波信号中所有散射中心在雷达视线上的观测距离矩阵X，其中，X＝R+A+W，R为散射中心的实际径向距离矩阵，A为散射中心本身属相的初相经测距后引起的偏置矩阵，W为测量噪声矩阵；且X、R、A、W分别为N×M维的矩阵，N为确定的雷达频域回波信号中散射中心的总个数，M为观测时间内接收到的雷达频域回波信号的总次数；步骤3，对N×M维矩阵X‑A进行奇异值分解，得到雷达视角矩阵的2×M维仿射重构矩阵CA，进而将所述2×M维仿射重构矩阵CA变换到欧式空间，得到雷达视角矩阵的2×M维欧式重构矩阵CE；设2×M维的雷达真实视角矩阵为C，则所述2×M维的欧式重构矩阵CE与2×M维雷达真实视角矩阵C存在关系C＝O

【技术特征摘要】
1.一种基于宽带雷达相位测距的目标微动参数估计方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1，获取处于进动运动状态的旋转对称目标，分别建立以旋转对称目标的进动轴为Z轴的三维空间进动坐标系和以旋转对称目标的对称轴为z轴的二维直角坐标系；确定雷达视线与旋转对称目标的对称轴之间的夹角的余弦表达式；步骤2，获取雷达频域回波信号，确定所述雷达频域回波信号中所有散射中心在雷达视线上的观测距离矩阵X，其中，X＝R+A+W，R为散射中心的实际径向距离矩阵，A为散射中心本身属相的初相经测距后引起的偏置矩阵，W为测量噪声矩阵；且X、R、A、W分别为N×M维的矩阵，N为确定的雷达频域回波信号中散射中心的总个数，M为观测时间内接收到的雷达频域回波信号的总次数；步骤3，对N×M维矩阵X-A进行奇异值分解，得到雷达视角矩阵的2×M维仿射重构矩阵CA，进而将所述2×M维仿射重构矩阵CA变换到欧式空间，得到雷达视角矩阵的2×M维欧式重构矩阵CE；设2×M维的雷达真实视角矩阵为C，则所述2×M维的欧式重构矩阵CE与2×M维雷达真实视角矩阵C存在关系C＝OTCE；其中，O为2×2维的未知旋转矩阵，且2×M维的雷达真实视角矩阵tm表示接收到第m次雷达频域回波信号的时间，且tm＝mTr，m＝1,…M，Tr为雷达脉冲重复周期；步骤4，构造目标函数其中，o2为未知旋转矩阵O的第二行元素，为2×M维欧式重构矩阵CE的第m列元素，且h(tm)为雷达视线与旋转对称目标的对称轴之间的夹角的余弦表达式，求解如下优化表达式：从而得到待估计的目标微动参数wp、θ和γ，γ为雷达视线与旋转对称目标的进动轴之间的夹角，θ为旋转对称目标的进动角，wp为旋转对称目标的进动频率，为旋转对称目标的对称轴在三维空间进动坐标系中的初相；表示求使得(·)最小时的ωP,φ0,θ,γ的值，∑表示求和符号，||||2表示模值的平方，F(ωP,φ0,θ,γ|o2,Α；m)表示给定参数o2,Α,m时关于ωP,φ0,θ,γ的函数表达式。2.根据权利要求1所述的一种基于宽带雷达相位测距的目标微动参数估计方法，其特征在于，步骤1中，确定接收到第m次雷达频域回波信号时雷达视线与旋转对称目标的对称轴之间的夹角β(tm)的余弦表达式h(tm)为：其中，tm表示接收到第m次雷达频域回波信号的时间，且tm＝mTr，m＝1,…M，M为观测时间内接收到的雷达频域回波信号的总次数，Tr为雷达脉冲重复周期；γ为雷达视线与旋转对称目标的进动轴之间的夹角，θ为旋转对称目标的进动角，wp为旋转对称目标的进动频率，为旋转对称目标的对称轴在三维空间进动坐标系中的初相，wp、θ、γ分别为待估计的目标微动参数。3.根据权利要求1所述的一种基于宽带雷达相位测距的目标微动参数估计方法，其特征在于，步骤2具体包括如下子步骤：(2a)确定所述雷达频域回波信号的功率谱，获取所述功率谱中的峰值索引集合；所述雷达频域回波信号包含M次频域回波信号；(2b)从所述峰值索引集合中确定N个散射中心，以及每个散射中心对应的所述功率谱中的峰值索引；令n的初值为1，m的初值为1，n表示第n个散射中心，m表示第m次雷达频域回波信号；(2c)计算第n个散射中心在第m次雷达频域回波信号处的第一相位θnm，其中，n＝1,…N，m＝1,…M；M为观测时间内接收到的雷达频域回波信号的总次数；(2d)计算第n个散射中心在第m次雷达频域回波信号处的径向距离并根据所述计算第n个散射中心在第m次雷达频域回波信号处的第二相位从而根据所述第一相位和所述第二相位，得到第n个散射中心在第m次雷达频域回波信号处的修正后的相位(2e)根据所述第n个散射中心在第m次雷达频域回波信号处的修正后的相位计算得到对应的第n个散射中心在第m次雷达频域回波信号处的修正后的距离(2f)令m的值加1，并重复执行子步骤(2b)至(2d)，分别得到第n个散射中心在M次雷达频域回波信号处对应的修正后的距离；(2g)令n的值加1，m的值置为1，并重复执行子步骤(2b)至(2e)，分别得到N个散射中心在M次雷达频域回波信号处对应的修正后的距离；(2h)将所述N个散射中心在M次雷达频域回波信号处对应的修正后的距离记为矩阵其中，R为散射中心的实际径向距离矩阵，A为散射中心本身属相的初相经测距后引起的偏置矩阵，rnm为第n个散射中心在第m次雷达频域回波信号处的实际径向距离，an为第n个散射中心本身属性的初相经测距后引起的偏置距离，且an∈[0～λ]，λ为雷达信号波长，为与对应的第n个散射中心在第m次雷达频域回波信号处的修正后的距离；(2i)确定雷达频域回波信号中所有散射中心在雷达视线上的观测距离矩阵X＝R+A+W。4.根据权利要求3所述的一种基于宽带雷达相位测距的目标微动参数估计方法，其特征在于，子步骤(2a)具体包括如下子步骤：(2a1)设第m次雷达频域回波信号为L维均匀采样序列y＝[y0,y1,…,yL-1]T，其中，m＝1，…M，M为观测时间内接收到的雷达频域回波信号的总次数；并定义M×K维导向矢量矩阵A＝[a(w0),a(w1),…,a(wK-1)]，其中，频率wk处的导向矢量wk＝...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宏伟，戴奉周，王盈方，王鹏辉，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，西安中电科西电科大雷达技术协同创新研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61